Conjugado (teoría ácido-base)

Un ácido conjugado es un compuesto químico que se forma cuando un ácido cede un protón ( H ⁺ ) a una base .

Una base conjugada es lo que queda después de que un ácido haya donado un protón durante una reacción química.

En otras palabras, un ácido conjugado es una base a la que se le ha añadido un ion hidrógeno , ya que pierde un ion hidrógeno en la reacción inversa, y una base conjugada es una sustancia formada por la eliminación de un protón de un ácido, ya que puede ganar un ion hidrógeno en la reacción inversa. ^{[ 1 ]}

Debido a que algunos ácidos pueden ceder múltiples protones, la base conjugada de un ácido puede ser ácida por sí misma.

En resumen, esta interacción puede representarse como la siguiente reacción química : $${\displaystyle {\text{ácido}}+{\text{base}}\;{\ce {<=>}}\;{\text{base conjugada}}+{\text{ácido conjugado}}}$$

Johannes Nicolaus Brønsted (izquierda) y Martin Lowry (derecha).

Johannes Nicolaus Brønsted y Martin Lowry introdujeron la teoría ácido-base de Brønsted-Lowry , que establece que cualquier compuesto que puede ceder un protón a otro compuesto es un ácido, y el compuesto que recibe el protón es una base. (Un protón es una partícula subatómica con carga eléctrica positiva en el núcleo de un átomo. Se representa con el símbolo H ⁺ porque tiene el núcleo de un átomo de hidrógeno , ^{[ 2 ]} es decir, un catión hidrógeno ).

Un catión puede ser un ácido conjugado, y un anión puede ser una base conjugada, dependiendo de la sustancia involucrada y de la teoría ácido-base que se utilice. El anión más simple que puede ser una base conjugada es el electrón libre en una disolución cuyo ácido conjugado es el hidrógeno atómico.

En una reacción ácido-base , un ácido y una base reaccionan para formar, respectivamente, una base conjugada y un ácido conjugado. El ácido pierde un protón y la base gana un protón. En los diagramas que ilustran esto, el nuevo enlace formado entre la base y el protón se muestra mediante una flecha que parte de un par de electrones de la base y termina en el ion hidrógeno (protón) que se transferirá.

En este caso, la molécula de agua es el ácido conjugado del ion hidróxido básico después de que este último recibiera el ion hidrógeno del amonio . Por otro lado, el amoníaco es la base conjugada del amonio ácido después de que el amonio haya donado un ion hidrógeno para producir la molécula de agua. Además, OH ⁻ puede considerarse como la base conjugada de H₂ O, ya que la molécula de agua dona un protón para darNH ⁺ ₄ en la reacción inversa. Los términos "ácido", "base", "ácido conjugado" y "base conjugada" no son fijos para una sustancia química determinada, sino que pueden intercambiarse si se invierte la reacción.

La fuerza de un ácido conjugado es proporcional a su constante de disociación . Un ácido conjugado más fuerte se disocia más fácilmente en sus productos, desplaza los protones de hidrógeno y tiene una constante de equilibrio más alta . La fuerza de una base conjugada se puede observar como su tendencia a atraer los protones de hidrógeno. Si una base conjugada se clasifica como fuerte, retendrá el protón de hidrógeno al disolverse y su ácido no se disociará.

Si una sustancia química es un ácido fuerte, su base conjugada será débil. ^{[ 3 ]} Un ejemplo de este caso sería la disociación del ácido clorhídrico HCl en agua. Dado que el HCl es un ácido fuerte (se disocia en gran medida), su base conjugada ( Cl ⁻) será débil. Por lo tanto, en este sistema, la mayoría de H ⁺serán iones hidronio H₃ O ⁺en lugar de estar unidas a aniones Cl ⁻ y las bases conjugadas serán más débiles que las moléculas de agua.

Por otro lado, si una sustancia química es un ácido débil, su base conjugada no necesariamente será fuerte. Consideremos que el etanoato, la base conjugada del ácido etanoico, tiene una constante de disociación básica (Kb) de aproximadamente5,6 × 10 ⁻¹⁰ , lo que la convierte en una base débil. Para que una especie tenga una base conjugada fuerte, tiene que ser un ácido muy débil, como el agua. ^{[ 4 ]}

Para identificar el ácido conjugado, busque el par de compuestos relacionados. La reacción ácido-base puede verse desde una perspectiva de "antes" y "después". "Antes" es el lado de los reactivos de la ecuación, y "después" es el lado de los productos. El ácido conjugado en el lado "después" de la ecuación gana un ion hidrógeno, por lo que en el lado "antes" de la ecuación, el compuesto que tiene un ion hidrógeno menos que el ácido conjugado es la base. La base conjugada en el lado "después" de la ecuación pierde un ion hidrógeno, por lo que en el lado "antes" de la ecuación, el compuesto que tiene un ion hidrógeno más que la base conjugada es el ácido.

Consideremos la siguiente reacción ácido-base:

Ácido nítrico ( HNO₃ ) es unácidoporque dona un protón a la molécula de agua y subase conjugadaesel nitrato(NO₃⁻ _{). La molécula} ^de agua actúa como una base porque recibe el catión hidrógeno (protón) y su ácido conjugado es elhidronio(H₂O₂)₃ O ⁺).

Una de las aplicaciones de los ácidos y bases conjugados reside en los sistemas amortiguadores, que incluyen una solución amortiguadora . En una solución amortiguadora, se utiliza un ácido débil y su base conjugada (en forma de sal), o una base débil y su ácido conjugado, para limitar el cambio de pH durante un proceso de titulación. Las soluciones amortiguadoras tienen aplicaciones químicas tanto orgánicas como inorgánicas. Por ejemplo, además de su uso en procesos de laboratorio, la sangre humana actúa como amortiguador para mantener el pH. El amortiguador más importante en nuestro torrente sanguíneo es el sistema ácido carbónico-bicarbonato , que previene cambios drásticos de pH cuando se produce CO₂._{Se introduce el 2.} Funciona de la siguiente manera:$${\displaystyle {\ce {CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> HCO3^- + H+}}}$$

Además, aquí hay una tabla de búferes comunes.

Una segunda aplicación común con un compuesto orgánico sería la producción de un tampón con ácido acético. Si el ácido acético, un ácido débil con la fórmula CH₃ COOH, se preparó una solución tampón, que necesitaría combinarse con su base conjugadaCH₃ COO ⁻en forma de sal. La mezcla resultante se llama tampón de acetato, que consiste en CH acuoso₃ COOHCHacuoso₃ COONa. El ácido acético, junto con muchos otros ácidos débiles, sirven como componentes útiles de los tampones en diferentes entornos de laboratorio, cada uno útil dentro de su propio rango de pH.

La solución de lactato de Ringer es un ejemplo donde la base conjugada de un ácido orgánico, el ácido láctico , CH_{El 3} CH(OH)CO ⁻ ₂ se combina con cationes de sodio, calcio y potasio y aniones de cloruro en agua destilada ^{[ 5 ]} que juntos forman un fluidoisotónicocon respecto a la sangre humana y se utiliza parala reanimación con fluidosdespués deuna pérdida de sangredebido aun traumatismo,una cirugíao unalesión por quemadura. ^{[ 6 ]}

A continuación se muestran varios ejemplos de ácidos y sus bases conjugadas correspondientes; observe cómo se diferencian en un solo protón (ión H ⁺ ). La fuerza del ácido disminuye y la de la base conjugada aumenta a medida que se desciende en la tabla periódica.

En contraste, aquí se muestra una tabla de bases y sus ácidos conjugados. De manera similar, la fuerza de la base disminuye y la fuerza del ácido conjugado aumenta a medida que se desciende en la tabla.

• Solución tampón
• Desprotonación
• Protonación
• Sal (química)
• Carboxilato

• Repaso de Química General para el MCAT – 10.4 Titulación y Disoluciones Amortiguadoras
• Laboratorio de Farmacia y Preparación de Compuestos - Amortiguadores y Capacidad Amortiguadora. Archivado el 28 de abril de 2021 en Wayback Machine.